一种分度式主动螺旋管道测量装置设计

ILI(in-line inspection)管道在线检测对油气输送管道安全可靠运行至关重要。设计开发了一种全新的基于螺旋测量原理的主动螺旋管道测量装置,该装置能够自主生成管道测量螺旋线,整合了位移传感器和角度传感器,进行了管道测量对比实验以及管道缺陷检测实验;实验数据采用MATLAB处理,反演出管道内壁模型,通过对管道内壁模型的分析来判断管道内部的情况。实验证明了分度式主动螺旋测量方法的可行性,通过对比实验分析了分度式螺旋测量与普通螺旋测量的区别,实验结果表明:该方法描述管道内壁的三维模型更精确,能被管道机器人或管道猪牵引进行测量作业。特别对于微小管径管道、非管道猪管道有一定的应用前景。     

基于双激光位移传感器的超长深孔圆度检测研究

面向超长深孔管道内壁截面圆度的高精度与快速检测难题,针对基于单个激光位移传感器的传统检测方式存在效率 低,受轴心晃动影响大的不足,本文提出了基于两个激光位移传感器的点式检测方案,并通过建立数学模型与数值仿真的方式, 对检测装置旋转轴的偏心参数与两个激光位移传感器的安装偏差参数进行了仿真,分析了各参数对深孔管道圆度评价结果的 影响。 在此基础上,提出了存在安装误差的两个激光位移传感器数学校正模型,并搭建了管道圆度检测实验系统,验证了该模 型的有效性。 结果表明,相比于两个激光位移传感器所采集的数据直接进行圆度评价,对校正之后的数据进行圆度评价,其圆 度值从 0. 30~ 0. 50 mm 范围降低到 0. 05~ 0. 15 mm 范围,测量时间由 18. 7 s 缩短到 9. 8 s。     

基于DSmT的室内环境轮廓超声检测模型研究

针对超声波传感器测量中测距与方向角存在不确定性的问题,在分析超声波传感器工作原理的基础上,提出了基于不确定性表示的超声波测距模型,然后采用DSmT方式对超声波测量的不确定性数据进行融合;再用Hough变换与最小二乘法检测环境轮廓信息;最后搭建了室内环境,使用超声波传感器硬件系统检测室内环境进行实验验证。实验结果显示基于Hough变换的最小二乘法进行环境轮廓重构与真实环境轮廓比较得到的误差更小,验证了所提方法的可行性与有效性。该方法对移动机器人的环境地图检测和定位研究具有一定的参考价值。     

基于RBFNN建模的动态流量软测量方法研究

本文通过对粘性流体在圆管中的层流和湍流流量方程对比研究发现,动态流量主要与管道中摩擦导致的压头损失、管道中最大的流速、流体温度变化有关,依据这一原理设计了基于径向基函数人工神经网络(RBFNN)的软测量模型.在伺服阀动态性能实验台上构建了数据采集系统,在新型动态流量测量管上安装超声波、压差、温度传感器来采集各种信息,其中流速信息采用一种新颖的超声波类时差法获取,用于标定的实际流量由无载液压缸的速度传感器获取.基于NeuroSolution软件中的RBF网络模块组成软测量RBFNN,选用部分采集数据作为学习样本对RBFNN进行训练,建立了动态流量的软测量模型.利用采集的数据的测试样本对RBFNN进行测试,通过流量预测曲线和实际曲线的对比,验证了该软测量模型具有很高的逼近精度.该软测量方法为动态流量的测量提供了一条新的途径.     

海底油气管道检测数据采集系统研究

提出压力差驱动爬行器携带漏磁传感器、超声波传感器、里程轮和磁力角传感器对海底油气管道状况及损伤位置数据进行采集的系统方案,采用漏磁和超声波两种信息融合技术,可以确保检测的准确程度.里程计数器和磁力角传感器记录数据可以给出损伤点的位置,对指导现场修复意义重大,并采用ARM嵌入式处理器完成数据的预处理和降噪与压缩存储,运算速度高,功耗低,可以实现远距离海底油气管道的状况检测.     

管道内地磁场特性分析及实验研究

将油气管道理想化为无限长的磁性材料圆柱腔,根据静磁场理论中的磁通连续性原理,分析了管道对地磁场不同方向分量的屏蔽系数,推导出油气管道内剩余地磁场强度与管道走向之间的关系,建立了管道内三轴磁传感器采集数据的数学模型,通过大量现场实验数据验证本模型.在管道走向检测领域具有重要意义,研究成果具有广阔的应用前景.     

基于三位置超声波检测的改进强跟踪UKF-SLAM方法研究

针对移动机器人使用超声波传感器检测环境时存在干扰与数据不确定性问题,在分析超声波传感器工作原理和相邻位置检测数据的关联特性后,提出了基于三位置超声波检测的环境轮廓构建方法,利用超声波对室内环境进行建图;再使用改进强跟踪UKF-SLAM将超声波测量数据和移动机器人驱动模型进行滤波融合,得到更准确的位姿信息与地图特征.搭建...     

低功耗超声流量计的研究

针对超声波流量测量中管道结构对测量精度的影响,采用Fluent仿真软件模拟了不同管道中流体的流动状况,对管道内的超声波信号进行了分析和比较,设计了超声波流量传感器,并应用设计的流量传感器,研制了超声波流量积算仪的硬件电路和软件,最终的样机实验结表明,该超声流量计流量误差小于±2%,系统的平均工作电流为35μA。     

新型并联式六维力传感器及静态性能分析

针对传统并联式六维力传感在分支布局和测量性能上的不足,提出一种分支水平和竖直布置的新型并联式六维力传感器,并对六维力传感器静态性能进行研究。首先介绍了新型并联式六维力传感器的结构特点和测量原理,建立了该传感器的数学模型,基于螺旋理论推导出传感器所施加外力与测量分支轴向力之间的映射关系。推导出六维力传感器线性度和重复性指标,用于评价六维力传感器的静态性能。最后利用传感器样机实验数据验证了所推导性能指标的可能性和有效性。     

改进的Kalman滤波算法在飞行器测距中的应用研究

为了解决四旋翼飞行器避障系统中激光和超声波传感器测距数据误差较大的问题,设计了一种改进的Sage_Husa自适应Kalman滤波算法。首先,在算法中引入遗忘因子,修正观测噪声协方差,校正数据结果,并使用Sage_Husa法对传统自适应Kalman滤波算法进行简化;然后,针对不同材质的障碍物墙面进行测距实验;最后,将结果与单一传感器和传统Kalman滤波算法的实验结果进行对比。结果显示,改进的Kalman滤波算法使激光和超声波传感器测量数据的融合结果更加稳定、准确,证明该算法能有效提高传感器的测量精度。     

基于激光测距传感器的机器人末端定位扫描装置设计

为实现变截面复杂管道内壁喷涂机器人的定位、喷涂目标模型重建和喷涂轨迹规划功能,设计了末端激光定位扫描装置,描述了该装置传感器的选型、扫描头机构设计和相应的数学模型,并着重阐述了喷涂管道内截面自动扫描的流程以及测量路径规划算法的实现。实验证明,该设计实现了一类超常规尺寸喷涂目标在喷涂机器人坐标系中的数模重建功能,解决了逐点示教无法完成复杂内表面喷涂轨迹规划的问题。     

GI S管道精密对接设备机械系统的设计与研究

油气管道在地下土壤环境中会受到腐蚀，影响油气管道的使用寿命。现基于GIS技术研究了油气管道精密对接设备机械系统，通过移动终端对油气管道的检测，将数据传输到GIS服务器和系统服务器中。数据服务器根据油气管道数据的类型进行储存和计算，分析缺陷区域管道的内压、缺陷对管道剩余强度的影响，完成对油气管道的完整性评价和管间精密对接性分析。实验中使用该系统与油气管道缺陷无损检测、基于有限元的油气管道漏磁检测对油气管道进行完整性和精密对接性检测，检查管段中存在的缺陷个数和管道内压，实验数据表明，该系统对油气管道的检测精度最高，检测出存在的腐蚀性缺陷个数最多，管间对接精密度最高。     

基于涡流技术的管道表面缺陷探测系统

管道内壁在生产过程中会有气泡、裂纹和腐蚀等问题,为提高管道内壁质量检测精度,设计一种基于涡流技术的管道表面缺陷探测系统。根据探测原理和工艺参数要求,采用0.1 kHz～20 MHz数字可调脉冲发生器驱动涡轮传感器来适应更多场合,设计1 000倍仪表放大、交流电压检测及200 mV有效值检波等检测电路,通过检测缺陷表面与标准表面信号的方法对比识别故障,最后对比不同故障的电压值进行实验数据分析。实验表明传感器提离值为4 mm时仍然能对宽2 mm、深1 mm的缺陷检测信号进行分辨。结果表明系统能对板材内壁表面质量实现无接触的稳定探测。     

BTA钻杆涡动数学建模及实验研究

对深孔加工中的钻杆-工件模型进行分析,基于高压切削油对钻杆涡动的影响,考虑动压润滑力,建立钻杆-工件数学模型,并对其求解。设计电涡流位移传感器测量钻杆横向位移实验,运用MATLAB对测得的数据进行钻杆中心轨迹及横向位移图绘制。对比系统频率模型计算值与实验测得值,验证了数学模型的准确性,对钻杆系统的涡动控制的研究具有实际意义。     

基于Simulation对瓦斯流量仪的设计及应力分析

根据超声波流量仪测量原理,确定该文所采用的测量方法;在说明超声波流量仪管道结构设计对计量结果精度的影响因素后,简要叙述了流量仪管道的结构模型并进行了应力分析及安全性结果分析,得出了流量仪管道的应力及安全系数等相关数据,理论上为流量仪管道的设计、检验以及安全性能有一定的参考价值。     

自动气象站蒸发传感器现场校准结果的不确定度评定

文章基于AG型超声波蒸发传感器的现场校准方法,组建了数学模型。根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》规范,运用测量不确定度传播定理,分析了蒸发传感器现场校准结果的不确定度,运用不同的评定方法,对测量不确定度分量进行合理评定,并结合多年自动气象站现场校准实际工作,例举了AG型超声波蒸发传感器示值误差测量不确定度的评定实例,得出示值重复性引入的标准不确定度是影响测量不确定度的主要因素。     

管道流体测量无线无源LC谐振式传感技术研究

针对管道内流体测量需求,提出基于LC无线无源谐振式传感技术的测量方法。在绝缘管道外表面设计螺旋型的电容和电感,构成非接触式的流体测量LC传感器,LC谐振频率反映流体参数变化。相比常规的电容式传感技术,LC传感器能实现无源无线测试,可用于非实时性流体检测。对水平式管道内水气两相流,进行了静态的模拟测量,实验表明在直径10 mm的亚克力管道内,随着水相含率从10%增加到100%,传感器谐振频率变化15.51 MHz。     

基于双环电阻传感器的管道内壁腐蚀监测技术研究

为实现管道内壁腐蚀的全周向在线监测并提高测量精度,在传统电阻法的基础上提出一种基于双环电阻探针的腐蚀监测方法。双环电阻探针解决了由于几何限制和管道内外壁温差所带来的测量误差。通过对双环探针进行多象限分区,求解各分区的电阻比值,实现了管道全方位的在线腐蚀监测。通过双环探针可以同时实现对管道内外壁的温差计算与实时监测,为湿蒸汽管道冷凝液膜的形成起到预报作用。基于以上研究基础,在实验室X65模拟管路中,分别布置四象限分区双环电阻传感器、传统丝状电阻传感器和高精度热电偶对管道的腐蚀和内外壁温差进行实时监测。试验结果表明：基于新型双环探针的管道内壁腐蚀监测方法,可以完成管道内外壁温差和局部分区腐蚀状态的在线监测,并在腐蚀深度和腐蚀速率的测量上比传统丝状电阻探针具有更高的监测精度。     

温度传感器凸出对气体超声流量计测量的影响

针对生活和工业上广泛使用的小口径气体超声波流量计,探究温度传感器对超声波流量计测量精度的影响,分析了温度传感器不同凸出长度对管道内部的流速分布的影响。对于DN50口径的双声道气体流量计,使用计算流体力学(CFD)的方法进行仿真,分析在不同流速下,温度传感器插入管道不同长度引起的流场剖面变化,及其对声道流速分布的影响,并进行了不同凸出长度的温度测量和流量测量实验。实验结果如下：当温度传感器凸出长度为4 mm时,对气体超声波流量计的测量影响最小,结合实验数据得出温度传感器的最佳凸出长度是6 mm。仿真和实验分析表明,凸出长度是影响超声波流量计测量精度的重要因素之一。     

基于超声波的空气湿度检测方法与分析

设计一个超声波测湿的实验系统,对400kHz超声波在潮湿空气介质中传播36mm距离的衰减情况进行了测量,将空气湿度、温度和衰减后信号有效值电压等数据统计于表中,并对该表中数据进行分析和曲线拟合,从而得出了30℃恒温环境下空气湿度与衰减后信号有效值电压的关系式。利用该关系式,将实验系统与数字温湿度传感器SHT10进行了相对湿度测量对比。结果表明:超声波不仅可以用于测量空气湿度,而且还能够克服传统湿度传感器普遍存在的吸湿、脱湿及滞湿等问题,因此超声波测湿具有很好的应用前景。